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20.如圖所示,一小型發(fā)電機(jī)內(nèi)有N=100匝矩形線圈,線圈面積S=0.10m2,線圈總電阻r=1Ω.在外力作用下矩形線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.10T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,以恒定的轉(zhuǎn)速n=50r/s繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸OO'勻速轉(zhuǎn)動(dòng),發(fā)電機(jī)線圈兩端與R=9Ω的電阻構(gòu)成閉合回路.從線圈平面通過(guò)中性面時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí).求:
(1)轉(zhuǎn)過(guò)30°時(shí)線圈中產(chǎn)生的瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)的大�。�
(2)轉(zhuǎn)過(guò)60°的過(guò)程中通過(guò)電阻R的電荷量;
(3)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周,電流通過(guò)電阻R產(chǎn)生的焦耳熱.

分析 (1)有Em=NBSω求得產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),表示出線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式,代入角度即可求得產(chǎn)生的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);
(2)通過(guò)橫截面的電荷量則需要用交流電的平均值;
(3)正弦式電流給燈泡供電,電壓表顯示是電源電壓的有效值,要求電路中燈泡的電流或功率等,均要用正弦式電流的有效值.而求有效值方法:是將交流電在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生熱量與將恒定電流在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等,則恒定電流的值就是交流電的有效值.

解答 解:(1)線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em=NBSω
從線圈平面通過(guò)中性面時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),產(chǎn)生的瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)為e=Emsinωt
轉(zhuǎn)過(guò)30°時(shí),有 sinωt=\frac{1}{2}
代入題設(shè)數(shù)值,解得:e=1.57×102V
(2)設(shè)從線圈平面通過(guò)中性面時(shí)開(kāi)始,線圈轉(zhuǎn)過(guò)60°所用的時(shí)間為△t.
穿過(guò)線圈的磁通量的變化量大小為△Φ=|{BScos\frac{π}{3}-BS}|=\frac{BS}{2}
線圈中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為\overline{E}=N\frac{△Φ}{△t}
通過(guò)電阻R的平均電流為 \overline{I}=\frac{\bar E}{r+R}
在△t時(shí)間內(nèi)通過(guò)電阻R的電荷量為q=\bar I•△t
聯(lián)立解得:q=N\frac{△Φ}{r+R}
代入題設(shè)數(shù)值,可得:q=5.0×10-2 C
(3)線圈中產(chǎn)生的是正弦式電流,則電動(dòng)勢(shì)的有效值為E=\frac{{{E_{max}}}}{{\sqrt{2}}}
通過(guò)電阻R的電流為  I=\frac{E}{r+R}
電阻R產(chǎn)生的焦耳熱為  Q=I2RT
聯(lián)立解得Q=90π2J.
答:(1)轉(zhuǎn)過(guò)30°時(shí)線圈中產(chǎn)生的瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)的大小為1.57×102V;
(2)轉(zhuǎn)過(guò)60°的過(guò)程中通過(guò)電阻R的電荷量為5.0×10-2 C;
(3)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周,電流通過(guò)電阻R產(chǎn)生的焦耳熱為90π2J

點(diǎn)評(píng) 當(dāng)線圈與磁場(chǎng)相平行時(shí),即線圈邊框正好垂直切割磁感線,此時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大.求電荷量時(shí),運(yùn)用交流電的平均值,求產(chǎn)生的熱能時(shí),用交流電的有效值.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

10.如圖甲,是“研究平拋物體運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)裝置圖甲,通過(guò)描點(diǎn)畫(huà)出平拋小球的運(yùn)動(dòng)軌跡.

(1)以下是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的一些做法,其中合理的有ac.
a.安裝斜槽軌道,使其末端保持水平
b.每次小球釋放的初始位置可以任意選擇
c.每次小球應(yīng)從同一高度由靜止釋放
d.為描出小球的運(yùn)動(dòng)軌跡,描繪的點(diǎn)可以用折線連接
(2)實(shí)驗(yàn)得到平拋小球的運(yùn)動(dòng)軌跡,在軌跡上取一些點(diǎn),以平拋起點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn),測(cè)量它們的水平坐標(biāo)x和豎直坐標(biāo)y,如圖乙中y-x2圖象能說(shuō)明平拋小球運(yùn)動(dòng)軌跡為拋物線的是C.
(3)如圖丙,是某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)畫(huà)出的平拋小球的運(yùn)動(dòng)軌跡,O為平拋的起點(diǎn),在軌跡上任取三點(diǎn)A、B、C,測(cè)得A、B兩點(diǎn)豎直坐標(biāo)y1為5.0cm,y2為45.0cm,A、B兩點(diǎn)水平間距△x為40.0cm.則平拋小球的初速度v0為2.0m/s,若C點(diǎn)的豎直坐標(biāo)y3為60.0cm,則小球在C點(diǎn)的速度vC為4.0m/s(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字,g取10m/s2

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

11.α粒子快速通過(guò)氫分子中心,其軌跡垂直于兩核的連線,兩核的距離為d,如圖所示.假定α粒子穿過(guò)氫分子中心時(shí)兩核無(wú)多大移動(dòng),同時(shí)忽略分子中電子的電場(chǎng),則當(dāng)α粒子在靠近氫分子過(guò)程中下列說(shuō)法正確的是( �。�
A.加速度一定變大B.加速度一定減小C.電勢(shì)能越來(lái)越大D.電勢(shì)能越來(lái)越小

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題

8.如圖所示,一面積為S、匝數(shù)為N、電阻為r的矩形線圈,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO′軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),外電路電阻為R(電表均為理想電表),求:
(1)以圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí),寫(xiě)出線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t變化的表達(dá)式;
(2)電壓表的讀數(shù)U和電流表讀數(shù)I;
(3)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中,外力對(duì)線框做的功W.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

15.如圖所示,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的單匝純電阻矩形線圈的周期為T(mén),轉(zhuǎn)軸O1O2垂直于磁場(chǎng)方向,線圈電阻為2Ω.從線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),線圈轉(zhuǎn)過(guò)60°時(shí)的感應(yīng)電流為1A.下列說(shuō)法正確的是( �。�
A.線圈消耗的電功率為1W
B.線圈中感應(yīng)電流的有效值為2A
C.任意時(shí)刻線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e=2\sqrt{2}cos\frac{2π}{T}t
D.任意時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量為φ=\frac{2T}{π}sin\frac{2π}{T}t

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

5.在下列幾種運(yùn)動(dòng)中遵守機(jī)械能守恒定律的是( �。�
A.雨點(diǎn)勻速下落B.自由落體運(yùn)動(dòng)
C.汽車(chē)剎車(chē)時(shí)的運(yùn)動(dòng)D.在光滑斜面上勻速運(yùn)動(dòng)的物體

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

12.如圖所示,把質(zhì)量一定的石頭從山崗上斜向上方拋出.石頭落地時(shí)的速度大小與下列哪些量有關(guān)( �。�
①石頭的質(zhì)量     ②石頭初速度的大小
③石頭初速度的仰角  ④石頭的拋出時(shí)的離地高度.
A.①②B.③④C.①③D.②④

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:解答題

9.如圖所示,在xOy平面內(nèi)有兩個(gè)有界磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大B1=B,B2=\frac{B}{2},它們的邊界線與y軸負(fù)方向成某一角度θ,質(zhì)量為m帶電量為+q的粒子,以速度v從y軸上的A點(diǎn)沿x軸正方向入射,已知\overline{OA}=\frac{mv}{2qB},粒子第二次經(jīng)過(guò)x軸時(shí)速度方向與x軸垂直.不計(jì)粒子重力.求:
(1)第二次經(jīng)過(guò)x軸時(shí)的坐標(biāo);
(2)tanθ的值以及從A點(diǎn)出發(fā)到第二次經(jīng)過(guò)x軸所經(jīng)歷的時(shí)間;
(3)在第二象限的某區(qū)域內(nèi)(包含出射點(diǎn))加一勻強(qiáng)電場(chǎng),使粒子以與出發(fā)時(shí)相同的速度又回到A點(diǎn).求所加電場(chǎng)的最小值和方向.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

6.如圖所示的電路:R1=4Ω,R2=2Ω,R3=4Ω,R4=8Ω.在A,B兩點(diǎn)間連接一個(gè)電容器,在電容器兩板間加一個(gè)方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng).接通電路后,有電子束以一定的初速度平行于板面從電容器左邊中央射入,并勻速通過(guò).若將R3和R4交換位置,電子束仍以相同速度從左側(cè)射入,則電子束( �。�
A.將向上偏轉(zhuǎn)B.將向下偏轉(zhuǎn)C.仍勻速直線通過(guò)D.將向紙面外偏轉(zhuǎn)

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